探析風(fēng)光新能源接入對(duì)電網(wǎng)的諧波影響及抑制措施

鄒策策

摘要：在清潔能源穩(wěn)步發(fā)展背景下，風(fēng)光新能源的應(yīng)用受到社會(huì)各界廣泛關(guān)注，為推動(dòng)社會(huì)可持續(xù)發(fā)展奠定基礎(chǔ)，使生態(tài)環(huán)境更為健康，滿足人們?nèi)找嬖鲩L(zhǎng)的生活及生產(chǎn)需求，推動(dòng)市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)型發(fā)展，指引能源產(chǎn)業(yè)與時(shí)俱進(jìn)，風(fēng)光新能源應(yīng)用價(jià)值可見(jiàn)一斑。該通過(guò)分析風(fēng)光新能源接入對(duì)電網(wǎng)諧波影響及抑制措施，以期助推新能源行業(yè)良性發(fā)展。

關(guān)鍵詞：風(fēng)光新能源;電網(wǎng);諧波;影響;抑制措施

引言

隨著經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，化石能源消耗越來(lái)越大，隨之而來(lái)的是由于化石能源燃燒排放帶來(lái)的環(huán)境污染問(wèn)題，進(jìn)行能源結(jié)構(gòu)調(diào)整已勢(shì)在必行。我國(guó)近年來(lái)通過(guò)政策和資金等多方面手段大力支持新能源的發(fā)展，各類新能源發(fā)電技術(shù)得以迅速發(fā)展和應(yīng)用。目前應(yīng)用最廣、裝機(jī)容量最大的新能源主要有風(fēng)電和光伏發(fā)電。風(fēng)電和光伏發(fā)電均屬于清潔能源，但它們?cè)诎l(fā)電過(guò)程中存在諸多問(wèn)題，如能量不連續(xù)、電壓閃變、頻率波動(dòng)以及諧波污染等。

1諧波危害

諧波具體危害可從以下幾個(gè)方面進(jìn)行分析：第一，在基波頻率低于諧波電流頻率前提下，受臨近效應(yīng)、集膚效應(yīng)影響電網(wǎng)線路輸送容量隨之減少，在諧波影響下增加渦流、磁滯損耗，使變壓器容量減少;第二，諧波能增加電網(wǎng)系統(tǒng)內(nèi)電力設(shè)備損耗，削減其使用壽命，發(fā)生機(jī)械振動(dòng)現(xiàn)象，加速設(shè)備老化，追加養(yǎng)護(hù)成本，若養(yǎng)護(hù)不及時(shí)還會(huì)使設(shè)備出現(xiàn)安全故障，降低電網(wǎng)運(yùn)行安全穩(wěn)定性;第三，諧波容易增加電網(wǎng)自動(dòng)化繼電保護(hù)裝置拒動(dòng)、誤動(dòng)次數(shù)，擴(kuò)大自動(dòng)化管控范圍，提升電氣故障發(fā)生幾率，影響電網(wǎng)運(yùn)行成效;第四，受電磁耦合現(xiàn)象影響電網(wǎng)周邊通信系統(tǒng)將被異常干擾，降低通信效率。在風(fēng)光新能源接入電網(wǎng)后會(huì)增加諧波誘發(fā)幾率，這就需要人們?cè)诿魑C波危害前提下總結(jié)新能源應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)，探析抑制諧波相關(guān)消極影響措施，為推動(dòng)電網(wǎng)朝著節(jié)能環(huán)保方向發(fā)展奠定基礎(chǔ)[1]。

2分析風(fēng)光新能源接入對(duì)電網(wǎng)造成諧波影響內(nèi)因

在電網(wǎng)中非線性負(fù)載是諧波產(chǎn)生根本內(nèi)因，在電流通過(guò)負(fù)載過(guò)程中，二者形成非線性關(guān)系，形成若干非正弦電流即諧波?；诎雽?dǎo)體晶閘管及相關(guān)構(gòu)件具有非線性特性，風(fēng)機(jī)發(fā)電、光伏發(fā)電及相關(guān)裝置脫離正弦曲線，客觀上追加諧波源，使電網(wǎng)出現(xiàn)諧波問(wèn)題，影響電網(wǎng)運(yùn)行綜合成效。

2.1電網(wǎng)風(fēng)機(jī)發(fā)電誘發(fā)諧波問(wèn)題內(nèi)因

當(dāng)前常見(jiàn)風(fēng)機(jī)為兩種，即變速風(fēng)機(jī)及雙饋風(fēng)機(jī)，相較于變速風(fēng)機(jī)，雙饋風(fēng)機(jī)對(duì)變頻器容量要求不高，操作較為簡(jiǎn)便，可以根據(jù)風(fēng)速做出調(diào)整，分為恒功率、恒壓運(yùn)行兩種形態(tài)。雙饋風(fēng)機(jī)在兆瓦級(jí)別之上電網(wǎng)中應(yīng)用較為廣泛?；陲L(fēng)光新能源需電力電子元件運(yùn)行、控制，為此會(huì)增加電網(wǎng)中電壓、電流畸變幾率，在此過(guò)程中產(chǎn)生諧波影響電網(wǎng)穩(wěn)定性、安全性。例如，雙饋風(fēng)機(jī)結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖2，主要由電壓源型變流器、風(fēng)輪機(jī)等電氣元件構(gòu)成，該發(fā)電機(jī)結(jié)構(gòu)中雙向功率轉(zhuǎn)換裝置與轉(zhuǎn)子繞組連接在一起，公用電網(wǎng)端連接定子繞組，在其與電網(wǎng)相互連接基礎(chǔ)上產(chǎn)生電功率，另一端轉(zhuǎn)子繞組需根據(jù)發(fā)電機(jī)實(shí)際轉(zhuǎn)速有所轉(zhuǎn)變，確保同步運(yùn)轉(zhuǎn)，在運(yùn)轉(zhuǎn)中變流器AC—DC—AC處于長(zhǎng)期工作狀態(tài)，為調(diào)整電壓可轉(zhuǎn)變導(dǎo)通角，實(shí)現(xiàn)直流、交流電壓相互轉(zhuǎn)化目標(biāo)，并在此過(guò)程中產(chǎn)生諧波[2]。

2.2 間歇性和波動(dòng)性發(fā)電的影響

在新能源發(fā)電并網(wǎng)的過(guò)程中，以風(fēng)力發(fā)電作為新能源并網(wǎng)發(fā)電的案例進(jìn)行分析。由于風(fēng)力本身的不穩(wěn)定和間歇性特點(diǎn)，發(fā)電站產(chǎn)生的電能也隨之出現(xiàn)間歇性和不穩(wěn)定的特點(diǎn)。對(duì)于這類電能，其控制難度比較大，且在控制這些電能的過(guò)程中產(chǎn)生的電流沖擊會(huì)導(dǎo)致電量的頻率出現(xiàn)偏差或者是電網(wǎng)閃變的現(xiàn)象。為了有效避免在電網(wǎng)中出現(xiàn)瞬間障礙，需要在風(fēng)力發(fā)電廠穿過(guò)低壓時(shí)就把電廠的電壓控制在較低的范圍。只有不斷提升電網(wǎng)對(duì)于電量的接納能力，同時(shí)將電網(wǎng)的電量調(diào)峰提升到合理的數(shù)值范圍，才能保證電網(wǎng)的穩(wěn)定運(yùn)行。在新能源發(fā)電并網(wǎng)的過(guò)程中，動(dòng)態(tài)無(wú)功功率和功率調(diào)整對(duì)于并網(wǎng)的影響都十分重要，無(wú)功消耗在并網(wǎng)發(fā)電過(guò)程中比較常見(jiàn)，所以在新能源并網(wǎng)發(fā)電的系統(tǒng)中無(wú)功補(bǔ)償功能的應(yīng)用也比較常見(jiàn)。

3抑制風(fēng)光新能源接入對(duì)電網(wǎng)造成諧波影響措施

通過(guò)分析風(fēng)光新能源接入對(duì)電網(wǎng)造成諧波影響內(nèi)因可知，無(wú)論是風(fēng)機(jī)發(fā)電還是光伏發(fā)電均會(huì)對(duì)電網(wǎng)穩(wěn)定性、安全性帶來(lái)負(fù)面影響，這就需要電網(wǎng)工作者秉持自省、反思精神，立足新時(shí)代電網(wǎng)節(jié)能、高效、安全、環(huán)保發(fā)展實(shí)況，探析抑制風(fēng)光新能源接入對(duì)電網(wǎng)造成諧波影響措施，旨在提高新時(shí)代電網(wǎng)供電服務(wù)質(zhì)量[3]。

3.1調(diào)整接線方式

具有輸出電能功效變壓器應(yīng)運(yùn)用△/Y或Y/△接線方式，120°為工頻相位差，360°則為三次諧波作用下產(chǎn)生的相位差，為此應(yīng)運(yùn)用△連接方式，在內(nèi)阻上產(chǎn)生諧波損耗，為解決諧波損耗問(wèn)題，可分別在九次、十五次等產(chǎn)生諧波的位置上運(yùn)用相同接線方式避免諧波對(duì)電網(wǎng)帶來(lái)的負(fù)面影響，規(guī)避電網(wǎng)內(nèi)流入高次諧波，使電網(wǎng)系統(tǒng)更為安全穩(wěn)定[4]。

3.2其次就是采用輔助濾波設(shè)備，即濾波器，主要分為無(wú)源濾波和有源濾波。

無(wú)源濾波包括并聯(lián)濾波器和串聯(lián)濾波器。最常用的是串聯(lián)濾波器，串聯(lián)濾波器是由電容和電感串聯(lián)構(gòu)成的LC濾波電路。串聯(lián)濾波器利用的是串聯(lián)諧振的原理，對(duì)于諧振頻率的電流表現(xiàn)出很低的阻抗，而對(duì)于偏離諧振頻率的電流則阻抗迅速增加，且頻率偏離幅度越大，阻抗也越大。因此，將諧振頻率設(shè)計(jì)成工頻，在三相電路中均接入串聯(lián)濾波器，由于串聯(lián)帶通濾波器對(duì)基波電流的阻抗很小，而對(duì)其他次數(shù)的諧波電流阻抗很大，于是只用一組濾波器就可以濾除大部分頻率的諧波。有源電力濾波器即一種自帶電源的濾波器，是一種用于動(dòng)態(tài)抑制諧波、補(bǔ)償無(wú)功的新型電力電子裝置，它能對(duì)不斷變化的諧波以及無(wú)功進(jìn)行及時(shí)補(bǔ)償。有源濾波器能檢測(cè)補(bǔ)償對(duì)象的諧波電流，并有相應(yīng)補(bǔ)償裝置產(chǎn)生一個(gè)與該諧波大小相等但相位相差180°的補(bǔ)償電流，從而實(shí)現(xiàn)諧波消除。（3）以上諧波消除方法是通過(guò)外部輔助設(shè)備進(jìn)行諧波抑制的。此外，對(duì)于風(fēng)力發(fā)電機(jī)，還有一種不借助外部設(shè)備來(lái)消除諧波的技術(shù)措施，即僅依靠不同風(fēng)機(jī)種類的合理排列來(lái)減少諧波。由于不同型號(hào)的風(fēng)機(jī)以及發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的諧波頻率、相位不同，通過(guò)計(jì)算機(jī)建模，計(jì)算出對(duì)應(yīng)的諧波電流，通過(guò)合理安排不同型號(hào)風(fēng)機(jī)之間的接線排列，可以使得風(fēng)機(jī)之間的部分諧波互相抵消，但這種方法無(wú)法徹底消除風(fēng)機(jī)產(chǎn)生的諧波。

3.3完善技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)與規(guī)范新

風(fēng)光新能源具有環(huán)保和可再生的優(yōu)點(diǎn)，近年來(lái)得到了廣泛應(yīng)用。風(fēng)光新能源發(fā)電涉及的技術(shù)領(lǐng)域比較多，風(fēng)光新能源發(fā)電并網(wǎng)則更為復(fù)雜，所以在實(shí)際應(yīng)用中還存在一些問(wèn)題。要不斷加強(qiáng)對(duì)風(fēng)光新能源發(fā)電并網(wǎng)的研究，不斷完善風(fēng)光新能源發(fā)電并網(wǎng)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，針對(duì)風(fēng)光新能源并網(wǎng)中存在的問(wèn)題進(jìn)行攻關(guān)，減少并網(wǎng)對(duì)電力系統(tǒng)電能質(zhì)量帶來(lái)的不良影響。同時(shí)認(rèn)真學(xué)習(xí)研究電力信息通信技術(shù)等先進(jìn)技術(shù)，做好電力系統(tǒng)的智能化管理，及時(shí)監(jiān)測(cè)并網(wǎng)對(duì)電網(wǎng)運(yùn)行的影響，從而不斷優(yōu)化風(fēng)光新能源并網(wǎng)技術(shù)，減少諧波、電壓波動(dòng)等對(duì)電力系統(tǒng)的危害，確保風(fēng)光新能源發(fā)電行業(yè)可持續(xù)發(fā)展[5]。

結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，為使我國(guó)電網(wǎng)運(yùn)行系統(tǒng)更為穩(wěn)定需關(guān)注諧波問(wèn)題，在接入風(fēng)光新能源前提下通過(guò)調(diào)整接線方式，應(yīng)用輔助過(guò)濾裝置，應(yīng)用技術(shù)措施消除諧波，加強(qiáng)電網(wǎng)運(yùn)維，降低電氣設(shè)備因諧波問(wèn)題受損幾率，控制電網(wǎng)運(yùn)營(yíng)成本，在滿足新時(shí)代人們?nèi)找嬖鲩L(zhǎng)的用電需求基礎(chǔ)上，推動(dòng)電網(wǎng)系統(tǒng)朝著節(jié)能環(huán)保、安全穩(wěn)定、科學(xué)高效方向發(fā)展。

參考文獻(xiàn)：

[1]張哲聞.新能源并網(wǎng)對(duì)電力系統(tǒng)電能質(zhì)量的影響[J].通信電源技術(shù)，2019，36（12）：211-212.

[2]宋平凡，佟勝偉，段森園.新能源發(fā)電并網(wǎng)對(duì)電網(wǎng)電能質(zhì)量的影響分析[J].通信電源技術(shù)，2019，36（12）：139-140.

[3]張韶珍.探析風(fēng)光新能源接入對(duì)電網(wǎng)的諧波影響及抑制措施[J].科技資訊，2019，17（34）：38-39.

[4]杜梅，葉濤.新能源并網(wǎng)對(duì)電力系統(tǒng)電能質(zhì)量的影響[J].數(shù)字通信世界，2019（07）：144+185.

[5]吳彧.風(fēng)光新能源接入對(duì)電網(wǎng)的諧波影響及抑制措施分析[J].機(jī)電信息，2017（33）：1-2.